淺論CAD/CAM軟件在產(chǎn)品設計中的應用

王曉翠

【摘 ?要】CAD/CAM軟件可謂是全能產(chǎn)品，它們整合了工程圖出圖、零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設計、造型設計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)模擬、應力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等

【關鍵詞】設計;軟件;應用

我們知道成功的設計師應具備以下幾點：1.強烈敏銳的感受能力，2.發(fā)明創(chuàng)造的能力，3.對作品的美學鑒定能力，4.對設計構(gòu)想的表達能力，5.具備全面的專業(yè)技能 。對于自己的設計理念，構(gòu)想怎樣在別人面前展示出來呢？以前就是手工畫出相應圖紙結(jié)合說明書給人家講解，在現(xiàn)代社會就要通過運用相關的軟件畫出相應的二維圖紙和三維圖形來展示出來。那就要求設計師要熟悉一兩款二維平面圖形的軟件如Autocad等和三維軟件如PRO/E、UG等，下面就CAD/CAM軟件在設計中的輔助作用加以闡述。

一、三維設計軟件

CAD/CAM軟件可謂是全能產(chǎn)品，它們整合了工程圖出圖、零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設計、造型設計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)模擬、應力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等。 所以，市面上凡是招產(chǎn)品設計師的基本上都會要求會幾款輔助設計軟件如：Pro/E、AutoCAD、或UG或SOLIDWORK或MASTERCAM等，對于設計師而言，如果不能使用相應的軟件來輔助自己設計而要拿到含金量高的“飯碗”就有點困難了。

在機械產(chǎn)品設計中所用軟件的功能各有千秋，現(xiàn)綜合自己在工廠所用和在學校所接觸到的實際，將產(chǎn)品設計中所用的CAD/CAM軟件特點及功能介紹如下：

（一）CAD系統(tǒng)軟件

CAD系統(tǒng)軟件包括CAD設計軟件、CAE分析軟件、CAM數(shù)控加工軟件等。

目前，在我國市場上銷售的各類CAD軟件中，最有代表性的CAD系統(tǒng)是美國Autodesk公司開發(fā)的具有三維功能的通用二維CAD繪圖軟件——AutoCAD，是當前最普及的二維CAD平臺軟件之一：

1.具有完善的圖形繪制功能：能以多種方式創(chuàng)建直線、圓等基本圖形對象;2.有強大的圖形編輯功能：可以移動、復制、修剪、縮放對象等;3.標注尺寸：可以創(chuàng)建多種類型尺寸，標注外觀可以自行設定;4.可以進行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力;5.支持多種操作平臺;6.具有通用性、易用性，適用于各類用戶。

（二）Pro/E

具有以下功能和特點：

1.Pro/E概念與工業(yè)設計;2.Pro/E詳細設計。Pro/E詳細設計可提供通用參數(shù)化實體建模功能，包括零件幾何建模、焊接設計、工程圖紙生成`-等;3.Pro/E仿真分析。Pro/E仿真分析包括對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與熱效分析、機構(gòu)動力分析和行為建模等;4.Pro/E制造。Pro/E制造功能可提供面向模具行業(yè)的NC編程等CAM功能，包括注塑專家、計算機輔助檢測等;5.Pro/E線路/管路系統(tǒng)設計。

（三）UG

UG NX的主要產(chǎn)品模塊與功能特點如下：

1.產(chǎn)品規(guī)劃。產(chǎn)品規(guī)劃提供了基于知識與需求的產(chǎn)品規(guī)劃、概念設計工具與體制;2.外觀造型與工業(yè)設計。集外觀造型與工業(yè)設計于一體，支持產(chǎn)品創(chuàng)新工程。包括自由曲面建模、渲染等;3.產(chǎn)品設計。產(chǎn)品設計提供強大的零件設計、裝配設計、工程圖生成等產(chǎn)品設計功能;4.仿真分析與優(yōu)化。 通過數(shù)字化虛擬樣機實現(xiàn)對產(chǎn)品及其開發(fā)過程的數(shù)字化仿真、分析驗證與優(yōu)化等;5.工裝設計。工裝設計功能可提供強大的夾具和模具等工裝設計等;6.數(shù)控加工。數(shù)控加工功能可提供強大的2-5軸銑削加工NC編程、刀路與加工過程仿真、刀具庫管理等;7.協(xié)同管理平臺。包括工作流程管理、變更管理以及產(chǎn)品配置管理等。

三維設計軟件除了以上幾款軟件以外不同地區(qū)采用軟件略有不同，以上三款是最常用的，還有solidwork等，我就不在這里一一介紹了。

二、軟件功能

（一）機械產(chǎn)品設計

在零件設計過程當中，設計者將設計思想以三維模型的形式表達。過去普遍采用二維工程圖，一次只能畫一個視角，非常繁瑣。CAD/CAM

思或已有的二維圖紙，就很方便地造出其三維模型，利用其二三維模型，可以進行各種分析，在分析的基礎上，改進產(chǎn)品設計或用于后處理。如 CAXA創(chuàng)新設計不需要預先構(gòu)思好設計的結(jié)果，只要有原始的創(chuàng)新概念，便可從三維開始，通過三維的智能圖素和豐富開放的三維智能構(gòu)件，像搭積木和雕塑一樣，一步步把構(gòu)思表達出來，并通過直觀的可視化拖放操作或精確化的設定方法進行動態(tài)修改，以達到滿意逼真的產(chǎn)品概念設計和詳細工程設計結(jié)果。

（二）零部件設計檢查

采用三維軟件設計時，所有結(jié)構(gòu)部件很方便用該軟件進行干涉檢查，更正設計錯誤或修改設計不足，尤其對于一些有相對運動的零部件，還可以對其運動副進行動態(tài)干涉仿真，以確定設計的合理性。

（三）復雜工裝設計

在機械產(chǎn)品設計制造，經(jīng)常需要設計一些復雜曲面成型工裝，如果用傳統(tǒng)的設計方法進行設計 ，在結(jié)構(gòu)上需要進行復雜的計算 ，同時需要復雜的二維圖紙表達。但是用三維設計，根據(jù)必要的幾何尺寸，很方便地就可以做出三維結(jié)構(gòu)，在不斷調(diào)整各種尺寸和相關分析的基礎上，最后自輸出二維工程圖進行工裝制造。如游戲手柄：

（四）產(chǎn)品技術交流

1.產(chǎn)品銷售中的技術交流。在市場經(jīng)濟條件下，產(chǎn)品銷售過程中，產(chǎn)品介紹是一個必不可少的環(huán)節(jié)。采用三維技術做出的產(chǎn)品模型，非常直觀，再配以三維仿真，宣傳效果大大提高。如轎車產(chǎn)品仿真模型;2.生產(chǎn)過程中的技術交流。在生產(chǎn)過程中，相關人員要經(jīng)常對產(chǎn)品進行技術交流。過去依靠二維工程圖，對于一些復雜產(chǎn)品，往往要進行反復交流才能解決問題。利用三維技術進行交流，雙方很快達成共識。現(xiàn)在很多技術方案都是采用三維實體設計技術進行技術交流工作。

（五）提高產(chǎn)品的可視化程度、縮短生產(chǎn)周期

當手工模型與效果圖之間不可避免地產(chǎn)生一定差距 （包括形態(tài)和表面質(zhì)感），根據(jù)模型而到的生產(chǎn)尺寸相對于模型本身也同樣會產(chǎn)誤差 ，這兩種誤差并必然使最終得到的產(chǎn)品模型和效果圖之間極可能產(chǎn)生較大的差距，這種差距往往是與設計師的愿望背道而馳。但如果采用計算機輔助設計 （CAIM），專業(yè)工業(yè)設計軟件 Proe結(jié)合 3Dsmax配合快速成機 ，至少可以得到以下幾個方面的改善 ：1.設計產(chǎn)品效果圖時即可同時做質(zhì)感和結(jié)構(gòu)工藝等設計 ，甚至能同時得到生產(chǎn)圖，這為產(chǎn)品的并行化設計提供了堅實的基礎和條件。2.使設計中十分困難的表面質(zhì)感設計變得容易，在電腦中能方便地模擬調(diào)制出各種材料和質(zhì)感 ;3.對于一些小型的產(chǎn)品，可以省去傳統(tǒng)設計中手工制作模型的程序直接采用快速成型;4.前述的兩種誤差將得到完美的解決，因而能最終得到的產(chǎn)品與前期設計的電腦中的數(shù)字模型及有快速成型機得到的模型幾乎保持了完全的一致。從而縮短產(chǎn)品確認周期，從而方便客戶快速確認而投產(chǎn)。

在現(xiàn)代工業(yè)設計中，因為有了三維設計軟件，我們不僅可以快速地 “畫”出效果圖，還能逼真地模擬出產(chǎn)品的實際效果 （包括表面質(zhì)感和光影等 ）和準確的透視，從不同的角度展示產(chǎn)品的各個方向和結(jié)構(gòu)部件的效果，因而有時可以省掉做手工模型這一低效率的環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期。在實行市場經(jīng)濟的今天，新產(chǎn)品開發(fā)效率的提高所起的作用往往是決定性的，與企業(yè)的前途生死攸關。 在計算機面前設計，傳統(tǒng)的圖板 、尺、規(guī)、筆 、紙、顏料等工具均被削弱了原有的地位和價值，計算機操作平臺為我們提供了無限廣闊的空間。這種方式被稱為“無紙化設計”，它大大降低了我們的勞動強度，也提高了設計的效率。同時，這些軟件之間可以通過某些方式互相聯(lián)系，也就是存在著一些相互聯(lián)接的接口，這便于在設計時取長補短。這樣，我們幾乎沒有不能完成的任務，當然包括很多手工根本無法完成的任務。

我們不得不承認，對設計而言，電腦主要充當著輔助工具的角色。記住，它是一個工具，一個與以往設計師們做設計時所使用的筆、尺等有著相同性質(zhì)的工具，只不過相比較而言它具有一定的優(yōu)勢，甚至是大大的優(yōu)勢，只是我們從事設計的手段，它本身并不是設計作品質(zhì)量的根本保證。作為設計師，最重要的莫過于作品本身的的質(zhì)量和內(nèi)涵的理解和把握，這要取決于設計師各方面的素質(zhì)，如科技文化素質(zhì)、思維水平和理論修養(yǎng)等等，而不是掌握設計軟件水平的高低，只有把電腦設計和手工繪制有機地結(jié)合在一起，才能達到完美的效果。

參考文獻：

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